Система для мониторинга и контроля состояния рельсового пути

Система для мониторинга и контроля состояния рельсового пути

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано на железнодорожном транспорте для мониторинга и контроля состояния рельсового пути.

Известна система распределенного контроля рельсового полотна, содержащая датчики вибрации и устройство сбора данных, размещенное в головной части подвижного объекта и состоящее из микроконтроллера, к которому подключены передатчик, приемник и блок вывода информации, а в хвостовой части подвижного объекта размещен приемопередающий модуль, передатчик которого соединен по внутреннему каналу связи с приемником устройства сбора данных, входы питания приемника и передатчика приемопередающего модуля соединены с источником питания, состоящим из преобразователя энергии, соединенного с накопителем энергии, выход которого является выходом источника питания, на контролируемом участке железнодорожного пути размещен измерительный модуль, состоящий из приемника, выход которого соединен с накопителем энергии, передатчика, вход которого соединен с выходом микроконтроллера, к входам которого через блок сопряжения подключены датчики вибрации, закрепленные на рельсах или шпалах контролируемого участка, и датчики температуры, закрепленные на рельсах контролируемого участка, при этом выход накопителя энергии соединен с входами питания микроконтроллера и передатчика (RU 2425770 C1, В61К 9/08, 10.08.2011).

Недостатком известного устройства является необходимость предварительной установки на контролируемых участках пути датчиков, измерительного модуля и накопителя энергии, громоздкость, сложность монтажа и эксплуатации.

Наиболее близким аналогом является устройство диагностики и мониторинга состояния пути, содержащее датчики ускорения, расположенные на крышке подшипника колесной пары рельсового транспортного средстве, скоростемер, навигационное устройство и устройство сбора данных, предназначенное для обработки, записи и оценки измерительных сигналов датчиков ускорения, скоростемера и навигационного устройства и обеспечения прогнозирования необходимого срока ремонтных работ и соответствующих затрат на ремонтные работы (RU 2349480 С2, В61К 9/08, 27.10.08).

Известное устройство позволяет в автоматическом режиме осуществлять оценку состояния рельсовых стыков и неровностей пути.

Однако для его работы необходимо наличие бортовой сети, при отсутствии которой функционирование устройства не представляется возможным. Требование наличия бортовой сети значительно сужает количество вариантов размещения и обусловливает высокую сложность монтажа устройства на рельсовом транспортном средстве.

Решаемая изобретением задача заключается в создании системы для оперативного мониторинга и контроля состояния рельсового пути с использованием бортовых информационно-измерительных устройств, интегрированных в конструкцию рельсового транспортного средства и обеспечивающих автоматическую диагностику состояния пути в режиме реального времени независимо от наличия или отсутствия бортовой сети питания транспортного средства.

Технический результат заключается в повышении эффективности мониторинга и диагностики рельсового пути за счет использования бортовых информационно-измерительных устройств, интегрированных в конструкцию рельсового транспортного средства и обеспечивающих автоматическую диагностику состояния пути в режиме реального времени независимо от наличия или отсутствия бортовой сети питания транспортного средства.

Технический результат достигается тем, что система для мониторинга и диагностики состояния рельсового пути содержит центр обработки данных и установленные на противоположных буксовых узлах колесной пары рельсового транспортного средства два информационно-измерительных блока, каждый из которых включает размещенные в корпусе микропроцессор, модуль навигации, радиомодуль, последовательно соединенные акселерометр и блок обработки, блок памяти в виде SD-карты и источник питания, содержащий аккумуляторную батарею, соединенную через контроллер заряда с выходом магнитоэлектрического генератора, при этом выход микропроцессора подключен к входу радиомодуля, вход/выход - к выходу/входу блока памяти, а соответствующие входы - к выходам модуля навигации и блока обработки, корпус выполнен со съемной крышкой, одна часть которой выполнена из радиопрозрачного материала и скошена под углом к вертикальной оси корпуса, напротив нее размещены антенны модуля навигации и радиомодуля, противоположная крышке сторона корпуса выполнена с отверстиями для крепления корпуса на крышке соответствующего буксового узла колесной пары рельсового транспортного средства и для соединения привода магнитоэлектрического генератора с осью колесной пары, причем радиомодули информационно-измерительных блоков по радиоканалу связаны с сервером центра обработки данных.

Для фотоконтроля рельсового пути каждый информационно-измерительный блок может включать одну или две фотокамеры, установленные на внешней стороне корпуса. При этом входы управления фотокамер подключены к соответствующим выходам микропроцессора, а выходы - к другим входам микропроцессора.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема информационно-измерительного блока предлагаемой системы мониторинга и диагностики состояния рельсового пути.

Система для мониторинга и диагностики состояния рельсового пути содержит центр обработки данных (на чертеже не представлен) и установленные на противоположных буксовых узлах колесной пары рельсового транспортного средства два информационно-измерительных блока, каждый из которых имеет индивидуальный идентификационный номер.

Каждый информационно-измерительный блок включает размещенные в корпусе (на чертеже не показан) микропроцессор 1, модуль 2 навигации, радиомодуль 3, последовательно соединенные акселерометр 4 и блок 5 обработки, блок 6 памяти в виде SD-карты и источник питания 7, содержащий аккумуляторную батарею 8, соединенную через контроллер 9 заряда с выходом магнитоэлектрического генератора 10.

Выход микропроцессора 1 подключен к входу радиомодуля 3, вход/выход - к выходу/входу блока памяти 6, а соответствующие входы - к выходам модуля 2 навигации и блока 5 обработки.

Корпус выполнен со съемной крышкой, одна часть которой выполнена из радиопрозрачного материала и скошена под углом к вертикальной оси корпуса, напротив нее размещены антенны модуля 2 навигации и радиомодуля 3. Противоположная крышке сторона корпуса выполнена с отверстиями для крепления корпуса на крышке соответствующего буксового узла колесной пары рельсового транспортного средства и соединения магнитоэлектрического генератора 10 с осью колесной пары.

Для фотоконтроля рельсового пути каждый информационно-измерительный блок содержит фотокамеру 11, установленную на внешней стороне корпуса. При этом входы управления фотокамеры 11 подключены к соответствующим выходам микропроцессора 1, а выходы - к другим входам микропроцессора 1.

Электропитание элементов информационно-измерительного блока осуществляется от аккумулятора 8. Подзарядка аккумулятора 8 осуществляется с помощью магнитоэлектрического генератора 10, жестко закрепленного на буксовом узле колесной пары рельсового транспортного средства и имеющего механический привод от оси колесной пары. Для выработки электроэнергии магнитоэлектрическим генератором 10 используется механическая энергия вращения оси колесной пары, вырабатываемая при движении рельсового транспортного средства. Управление процессом подзарядки аккумулятора 10 осуществляется контроллером 9 заряда.

Радиомодули 3 информационно-измерительных блоков по радиоканалу связаны с сервером центра обработки данных.

Система мониторинга и диагностики состояния рельсового пути работает следующим образом

В процессе движения рельсового транспортного средства в каждом информационно-измерительном блоке в режиме реального времени модуль 2 навигации взаимодействует со спутниковой системой навигации ГЛОНАСС/GPS, и определяет текущие координаты рельсового транспортного средства, скорость и направление его движения, а также точное время, и направляет их в микропроцессор 1.

Акселерометр 4 измеряет в трех ортогональных направлениях значения вибрационных ускорений, возникающих на буксовом узле рельсового транспортного средства при взаимодействии колеса буксового узла с рельсом.

Результаты измерений акселерометр 4 передает в блок 5 обработки, который осуществляет их предварительную обработку путем фильтрации высокочастотных колебаний. Данные о результатах обработки блок 5 направляет в микропроцессор 1. Микропроцессор 1 анализирует полученные данные, и осуществляет их привязку к текущим координатам рельсового транспортного средства, и направляет их в блок 6 памяти.

В соответствии с установленным протоколом информационного обмена микропроцессор 1 запрашивает сохраненные в блоке 6 памяти данные, формирует информационное сообщение и передает его в радиомодуль 3. Радиомодуль 3 по радиоканалу направляет информационное сообщение в сервер центра обработки данных.

В случае превышения значений вибрационного ускорения заданных пороговых значений микропроцессор 1 формирует сигнал управления для включения фотокамеры 11. Фотокамера 11 обеспечивает фотофиксацию участка рельсового пути, при прохождении которого акселерометрами зафиксировано превышение порогового значения вибрационного ускорения. Данные фотофиксации в режиме реального времени фотокамера 11 направляет в микропроцессор 1, который включает их в информационное сообщение для передачи в сервер центра обработки данных.

В центре обработки данных производится анализ временных диаграмм измерений вибрационных ускорений путем сравнения с картотекой эталонных образцов диаграмм вибрационных ускорений, полученных при прохождении рельсовым транспортным средством участков пути с дефектами (изгибы, деформации, трещины, выкрашивания, сверхнормативный износ), а также по стрелкам, пересечениям, стрелочным переводам и рельсовым стыкам. По результатам сравнения центр обработки данных определяет состояние участка рельсового пути, что позволяет своевременно выявить износ рельсового пути и на основе этих данных составить прогноз сроков и стоимости ремонтных работ.

Картотека эталонных образцов диаграмм вибрационных ускорений создается предварительно в центре обработки данных с использованием тестовых прогонов рельсовых транспортных средств, оборудованных заявляемой системой, по испытательным участкам железнодорожного пути с установленными фрагментами рельсов, имеющих указанные выше типы дефектов и рельсовых сочленений. В дальнейшем картотека уточняется на основе данных, накопленных при использовании заявляемой системы в реальной эксплуатации. Стрелки, пересечения и рельсовые стыки не диагностируются, однако они включаются в картотеку, чтобы при их прохождении система не фиксировала дефект пути.

Достоверность распознавания типа дефекта рельсов обеспечивается за счет использования информации независимых датчиков акселерометра и фотокамеры, работающих на разных физических принципах.

Таким образом, предлагаемая система за счет использования бортовых информационно-измерительных устройств, интегрированных в конструкцию рельсового транспортного средства, обеспечивает в режиме реального времени автоматическую диагностику состояния пути и независимого от бортовой сети питания транспортного средства, что позволяет повысить эффективность мониторинга и диагностики рельсового пути.

1. Система для мониторинга и диагностики состояния рельсового пути, содержащая центр обработки данных и установленные на противоположных буксовых узлах колесной пары рельсового транспортного средства два информационно-измерительных блока, каждый из которых включает размещенные в корпусе микропроцессор, модуль навигации, радиомодуль, последовательно соединенные акселерометр и блок обработки, блок памяти в виде SD-карты и источник питания, содержащий аккумуляторную батарею, соединенную через контроллер заряда с выходом магнитоэлектрического генератора, при этом выход микропроцессора подключен к входу радиомодуля, вход/выход - к выходу/входу блока памяти, а соответствующие входы - к выходам модуля навигации и блока обработки, корпус выполнен со съемной крышкой, одна часть которой выполнена из радиопрозрачного материала и скошена под углом к вертикальной оси корпуса, напротив нее размещены антенны модуля навигации и радиомодуля, противоположная крышке сторона корпуса выполнена с отверстиями для крепления корпуса на крышке соответствующего буксового узла колесной пары рельсового транспортного средства и соединения привода магнитоэлектрического генератора с осью колесной пары, причем радиомодули информационно-измерительных блоков по радиоканалу связаны с сервером центра обработки данных.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что каждый информационно-измерительный блок включает одну или две фотокамеры для фотоконтроля рельсового пути, установленные на внешней поверхности корпуса, при этом входы управления фотокамер подключены ко второму и третьему выходам микропроцессора, а выходы - к другим входам микропроцессора.